植物激素在苔藓生长发育与逆境响应过程中的作用机制研究进展

植物激素是由植物自身代谢产生的一类从产生部位移动到作用部位发挥调控功能的微量小分子有机物质,在植物生长发育、响应环境胁迫过程中起到关键作用.苔藓植物作为早期登陆的非维管植物,处于陆生植物进化早期的阶段,具有许多不同于维管植物的形态和生理特征.大部分苔藓中普遍存在8种主要的植物激素及其衍生物(包括ABA、JA、ET、SA...     

基于系统基因组学分析揭示早期陆生植物的复杂网状进化关系

植物由水生走向陆生的进化过程中经历了非常复杂的演化,期间产生的大量基因的进化路线可能互不相同,因此仅仅使用系统发育树无法呈现真实的演化关系。系统发育网络图能够清楚地展示包括垂直演化和水平演化在内的复杂网状进化关系。本文选取莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)和4种陆生植物,利用系统基因组学的方法,筛选得到1,668个一对一直系同源基因,重新构建了陆生植物的系统发育网状进化关系。结果发现,使用不同的分析策略所得到的系统发育树不同;对1,668个基因单独分析,发现存在15种不同的拓扑结构;对5个物种筛选得到的直系同源基因进行系统发育网络分析显示,在非常稳健的系统发育网络图中,仅仅5个物种就存在9个不同的分离支,暗示着非常复杂的网状进化关系;而且藻类植物与苔藓植物和石松类植物的分离支之间差异很小,这可能是产生系统发育树冲突的原因之一,也暗示着早期陆生植物发生了复杂的辐射演化。     

ABA信号通路的起源与进化

植物激素脱落酸（abscisic acid,ABA）在植物的生长、发育和胁迫反应方面起重要的调控作用,其信号转导通路由4个核心组分共同组成一个双重负调控系统（PYR/PYL/RCAR—| PP2C—| SnRK2—ABF/AREB）,调控ABA应答反应。本文在综述和分析ABA信号通路4个核心组分的起源与进化的基础上,初步提出ABA信号通路的起源与进化路径：A类PP2C、第Ⅲ亚类SnRK2以及转录因子AREB/ABF在水生植物轮藻中已经进化产生,当陆生植物进化产生ABA受体PYR/PYL/RCAR后,即与其它3个组分形成完整的ABA信号通路。在植物进化过程中,ABA信号通路4个核心组分各家族成员的数量（亚类）呈递增趋势。     

小立碗藓MADS-box基因家族的系统进化分析

苔藓植物作为最早出现的陆生植物的代表,生活周期仍以配子体为主,在植物进化史上占据着重要的地位。另外,同源异型基因MADS-box家族广泛参与植物的生长发育和形态构建。因此,对苔藓植物MADS-box家族的分析有助于了解苔藓植物出现过程中发生的重要分子事件和关键器官革新。我们基于最新公布的小立碗藓基因组数据库确定了20个带有典型MADS结构域的MADS-box基因,其中11个MIKC~*型、5个MIKC~C型、4个I型,并对它们进行了染色体定位、外显子-内含子基因结构、蛋白结构域组成、系统进化构建等分析,为进一步阐明小立碗藓MADS-box基因的功能提供了准确的信息资源。     

植物抗旱过程中ABA生理作用的研究进展

植物在长期进化中,对干旱等胁迫从生理、生化和分子水平上产生了适应性变化,从而增加逆境存活机会,在这些响应过程中,ABA起着极其重要的作用。本文介绍了近年来研究ABA在植物抗旱中生理作用方面所取得的进展。     

植物抗旱过程中ABA生理作用的研究进展

植物在长期进化中,对干旱等胁迫从生理,生化和分子水平上产生了适应性变化,从而增加逆境存活机会,在这些响过程中,ABA起着极其重要的作用,本文介绍了近年来研究ABA的植物抗旱中生理作用方面所取得的进展。     

茉莉酸信号途径中转录抑制因子JAZ蛋白家族的分子进化分析

茉莉酸在植物的生长发育、应激反应和次生代谢过程中起着重要的调控作用。转录抑制因子JAZ（Jasmonate ZIM-domain）蛋白则是茉莉酸信号从SCF^coi1受体复合物向下游茉莉酸应答基因转导的纽带。采用比较基因组学的方法。从多谱系的角度对植物JAZ蛋白家族进行分子进化分析并取得以下研究结果。（1）在藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物及单、双子叶植物6个不同谱系的15种代表植物基因组中,鉴定了82个JAZ同源基因,其中在低等藻类植物基因组中没有鉴定到JAZ同源基因,提示JAZ家族基因可能起源于陆生植物。（2）系统发育分析表明,在植物基因组中JAZ蛋白家族可分为10个保守的亚家族,而谱系特异扩增尤其是串联重复和区段重复可能是陆生植物JAZ家族基因扩增与进化的主要机制,并导致多个谱系特异的JAZ亚家族产生。（3）基因结构分析表明,JAZ家族基因含有0一7个数目不等、62—4222bp长度不等的内含子,提示在植物基因组进化过程中,JAZ家族基因可能发生内含-丢失或内含子插入缺失,进而导致基因外显子．内含子结构的多样性。该研究结果将为植物JAZ蛋白家族的深入研究提供参考。     

"苔藓植物"一节课堂教学中的补充实验

苔藓植物在植物界的系统演化中 ,代表着从水生生活逐渐过渡到陆生生活的类型。学习本节内容 ,对于中学生掌握苔藓植物的主要特征和了解植物界进化的历程有着重要的意义。但学生对苔藓植物缺乏感性认识 ,而教材中对于苔藓植物的主要结构知识 (如 :没有维管束 )及其对自然界的意义等知识主要是通过抽象的文字描述的。为了运用直观手段突破教学难点 ,使学生更加深刻理解苔藓植物主要特征及其意义 ,笔者在课堂教学中补充了如下几个实验辅助教学 ,取得了显著的教学效果。1　葫芦藓的假根与小麦幼根的对比观察实验笔者在葫芦藓根的教学中 ,并未直…     

6-苄氨基嘌呤对小麦叶片中脱落酸降解速率的影响

细胞分裂素(CTK)与脱落酸(ABA)对于植物的许多不同代谢过程都有相反的生理效应。(Fo—untain等1976;Krawiarz等1977;Biddington等1977)。用含有CTK和ABA的溶液处理植物材料时,常可以在多种植物中观察到拮拉作用(Longo等1978,1981,黄海等1984)。这一现象引起了一些研究者的兴趣(Longo等1981)。很明显,这种拮抗作用可以从两个方面来解释:1、CTK和ABA可能对植物的某些代谢过程有相反的作用。2、这两种激素之间可能有相互作用,即彼此加速对方的降解或转化。Even—chen等(1975)发现,用CTK处理烟草叶时,可以降低组织中ABA含量。Gepstein等(1980)发现,大麦叶片在黑暗中进行离体培养时,ABA含量上升7倍,预先用激动素处理可以阻止叶片中ABA含量的增加。然而这些工作都未能说明,在植物体内CTK的作用究竟是抑制了ABA的合成还是加速了ABA的降解。本文以小麦叶片为材料,人工喂入ABA,观察了喂入的ABA在组织中的降解以及6—苄氨基嘌呤(6BA)对喂入的ABA体内降解的影响,并对6BA促进ABA降解的机理进行了讨论。     

水生被子植物的繁育系统与进化

对植物繁育系统的多样化及其作用模式和机制的研究,是理解植物各类群进化的一个重要基础。这一观点,已被从事植物进化生物学研究的国内外学者普遍接受。本世纪三十年代基因流概念的引人,促使人们在进化研究中,对植物繁育系统的重要性进行了重新评价。在过去的半个多世纪,植物进化生物学也因之而面貌一新,并得到了飞速的发展。时至今日,对植物进化过程中与繁育系统密切相关的一些重要机制,已有了较为深刻的认识（如有性过程中的遗传重组与植物的变异、进而与居群进化之间的关系等）。遗憾的是,这些认识几乎都是建立在对陆生植物研究…     

植物蔗糖非发酵-1相关蛋白激酶家族研究进展

蛋白质磷酸化与去磷酸化过程在细胞的信号转导网络中起关键的作用,是生物体中普遍存在的一种调节机制。植物中的蛋白激酶通过磷酸化和去磷酸化在调节ABA信号传导、能量缺失反应和非生物胁迫反应过程中有着重要的作用。其中,植物蔗糖非发酵-1相关蛋白激酶(sucrose non-fermenting-1-related protein kinase,SnRK)是植物蛋白激酶家族中一个重要家族,它们与酵母中的SNF1(sucrose non-fermenting-1,SNF1)和哺乳动物中的AMPK(AMP-activated protein kinase,AMPK)同源,具有与它们相似和自身独特的功能,根据其氨基酸序列的同源性和表达模式的差异可分为3个亚组:SnRK1、SnRK2和SnRK3。目前,在拟南芥、水稻、豆科植物、高粱以及苔藓植物等基因组中都发现了大量的SnRK蛋白激酶,它们广泛参与了植物的生长发育、病虫害防御、ABA和非生物胁迫等各种信号的应答反应。     

小立碗藓叶绿体分裂相关基因PpMinE的克隆及其功能与进化分析

用RT-PCR技术从小立碗藓中(Physcomitrella patens)克隆了核编码的MinE基因,命名为PpMinE,并克隆了该基因的基因组DNA。序列比对显示该基因编码的蛋白质与真细菌和绿藻叶绿体编码的MinE蛋白具有较高的相似性。pMinE-EGFP融合蛋白在烟草中的瞬时表达证明该蛋白定位于叶绿体内。在大肠杆菌中过量表达PpMinE导致细胞不正常分裂,产生无染色体的小细胞,这表明MinE的功能在进化上是保守的。在系统发育树中,PpMinE和高等陆生植物有较近的亲缘关系。在已知的陆生植物的叶绿体基因组中没有找到MinE的同源蛋白,这暗示在进化过程中MinE从叶绿体到细胞核的水平转移可能发生在陆生植物发生以前。     

MIR166基因家族在陆生植物中的进化模式分析

MicroRNA（miRNA）是一类广泛存在于真核生物中的具有转录后水平调控功能的内源非编码小分子RNA。在植物中．miRNA通过对靶基因的剪切或沉默来实现对植物生命活动的调控,它是基因表达调控网络的重要组成部分。miR165／166（miR166）是陆生植物中最为古老的MIRNA家族之一,它通过对3型同源异域型-亮氨酸拉链（1id—ZIPⅢ）等靶标的调控,在植物的众多发育时期起着关键的调控作用。本文分析了MIR166基因在陆生植物中的进化关系,并对MIR166在基部陆生植物小立碗藓（Physcomitrella patens）中的复制及进化进行了研究。此外,HD—ZIPⅢ蛋白是植物中重要的一类转录因子,miR166对HD-ZIP Ⅲ基因的调控作用在陆地植物保守的存在,本文对HD—ZIP Ⅲ基因和miR166在进化中的相互作用进行了初步的探讨。     

地钱气孔的运动

地钱(Marchantia polymorpha L.)是地钱科(Marchantineae)的代表植物,是具叶状体的苔类植物中形态构造最复杂、进化较高等的种类。在大多数教科书以及苔藓植物文献中,常把地钱气孔描述为不能启闭的死气孔,无调节气体进出的功能。在教学过程中,我们注意到Walker(1939)描述了地钱科的托背苔属(Preissin)气孔的运动。Harold C.Bold(1976)也在《植物和真菌的形态学》一书中提出:地钱气     

蛋白质翻译后修饰在ABA信号转导中的作用

脱落酸(ABA)是植物生长发育和逆境适应过程中非常关键的植物激素。植物响应ABA信号转导过程由信号识别、转导及响应级联完成, 其中心转导途径由ABA受体RCAR/PYR/PYLs、磷酸酶PP2Cs、激酶SnRK2s、转录因子和离子通道蛋白构成。蛋白磷酸化、泛素化、类泛素化和氧化还原等翻译后修饰在ABA转导途径中起重要作用。该文综述了翻译后修饰在ABA信号转导中的作用。     

蛋白质翻译后修饰在ABA信号转导中的作用

脱落酸(ABA)是植物生长发育和逆境适应过程中非常关键的植物激素。植物响应ABA信号转导过程由信号识别、转导及响应级联完成, 其中心转导途径由ABA受体RCAR/PYR/PYLs、磷酸酶PP2Cs、激酶SnRK2s、转录因子和离子通道蛋白构成。蛋白磷酸化、泛素化、类泛素化和氧化还原等翻译后修饰在ABA转导途径中起重要作用。该文综述了翻译后修饰在ABA信号转导中的作用。     

基于系统发育和功能性状的薹草属适应性进化

研究植物系统发育和功能性状有助于认识植物的适应性进化机制。莎草科薹草属(Carex:Cyperaceae)植物种类繁多,生境类型多样,是研究不同生境下植物适应性进化的理想类群。本研究以鄱阳湖湖区周边区域29种薹草(湿生11种,陆生18种)为研究对象,基于分子系统发育和叶片功能性状初步探讨薹草属植物对生境的适应性进化。叶绿体DNA片段系统发育分析表明湿生薹草和陆生薹草各为不同的分支,表明不同生境的薹草种类具有不同的进化方向;12种叶片功能性状聚类分析表明在不同生境中薹草叶片功能性状及结构差异明显;通过比较发现薹草系统发育分析与叶片功能性状聚类结果在生境因素上存在对应关系,表明薹草属植物对不同的生境产生了适应性进化。     

miR156靶基因SPL在植物中的系统分布和进化模式分析

Squamosa promoter binding protein like genes (SPLs)在植物发育过程中具有重要作用。很多SPLs被miR156调节,然而,对于它们在植物中的系统分布和进化模式还知之甚少。本文对9个测序物种（藻类,苔藓,石松,单子叶和双子叶植物）的183个SPLs进行了生物信息学分析。结果表明miR156应答元件（MREs）仅在陆生植物SPLs中发现,藻类中不存在。系统进化分析显示陆生植物SPLs分为两大分支：group I和group II。 MiR156靶基因仅分布于group II,表明它们有着共同的祖先。Group II进一步分为7个亚支(IIa IIg),miR156靶基因分布在除IId外的其余6个亚支的特定SPLs。系统分类与基因结构的相关性反映了SPL靶基因结构上的变化。在进化过程中,它们可能发生外显子的丢失且伴随MRE的丢失。另外,基因重复对SPL靶基因的丰度变化影响很大,尤其是被子植物与低等植物分歧后它们数量明显增加。以拟南芥为模式植物分析发现串联重复和片段重复是SPL靶基因扩张的主要机制。     

浅谈陆生植物的起源问题

古植物学界一般认为,(陆生植物)起源于绿藻,即在志留纪末期至泥盆纪初期。由于造山运动,陆地面积不断扩大,原来生活于水中的绿藻中的丝状藻植物,开始向两个方向进化,一方面是进化到配子体占优势的苔蓟植物;另一方面是进化到无性世代的孢子体占优势的最原始的蕨类植物,从而形成了第一个陆生植物群——裸蕨植物群。那么,植物的登陆又经历了哪些发展历程?     

植物查尔酮合成酶超基因家族的分子进化

查尔酮合成酶(CHS)超基因家族又称为植物类型III聚酮合酶超基因家族, 其编码酶通过催化和合成一系列结构多样及生理活性各异的次生代谢物, 在植物生长发育和适应环境的过程中扮演着重要角色。为全面了解CHS超基因家族在植物中的进化规律, 重建其进化历史, 该研究利用14种具有全基因组数据的代表植物, 通过生物信息学手段, 深入挖掘和分析了不同植物类群基因组中查尔酮合成酶超基因家族的成员构成, 推测了其可能的扩增机制和功能分歧, 并探讨了该超基因家族在植物中的总体进化趋势。结果共识别144条具有表达信息的同源序列, 它们全部来自9种陆生植物的基因组, 藻类植物基因组中没有发现相关序列。系统发育和进化分析表明, CHS超基因家族的起源古老, 它们可能为适应复杂的生态环境而出现在早期的陆生植物中, 之后在长期的进化过程中不断发生谱系的特异扩张和拷贝丢失, 最后通过功能分歧的形式在不同植物类群中被分别固定。此外, 进化检验也显示, 尽管CHS超基因家族内部发生了多样的遗传改变, 但整个超基因家族仍处于强烈的纯化选择之下, 并且个体基因中也无任何单氨基酸位点受到正向选择的影响。